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Dic 24 2013

El impacto de las observaciones IR en la cosmología moderna

[This post participates in Carnival of Space #334, at The Urban Astronomer]

Galaxia M51 en Infrarrojo

Las longitudes de onda infrarrojas están entre la luz visible y las microondas. El infrarrojo cercano tiene una longitud de onda menor y está más próximo a la luz visible. El infrarrojo lejano tiene una mayor longitud de onda y está más próximo a las microondas. En contraste con la luz visible, al tener el infrarrojo una mayor longitud de onda, puede atravesar las nubes de polvo y gas interestelar, y podemos ver objetos ocultos por estas nubes. Por ejemplo podemos ver el centro de nuestra galaxia. También, como el infrarrojo es producido por la energía térmica, es posible observar objetos débiles y fríos: algunos objetos son muy débiles de observar en luz visible por su baja temperatura. Ejemplos de estos objetos son las estrellas frías, las galaxias con emisión en infrarrojo, las nubes de polvo alrededor de estrellas, las nebulosas, las enanas marrones, los planetas y los cometas. Obviamente también podemos observar objetos en el infrarrojo que son visibles en la luz visible, de modo que nos permite incrementar nuestro conocimiento sobre ellos.

Hay tres regiones en el infrarrojo:
Próximo: Es posible usar telescopios terrestres. Las longitudes de onda va de 0,7 a 5 micrómetros, y la temperatura del objeto de 740 a 5200K. Podemos observar en esta región estrellas rojas frías y gigantes rojas. El polvo es transparente a estas longitudes de onda.
Medio: De 5 a 40 micrómetros con temperatura de 93 a 740K. Se pueden observar planetas, cometas, polvo calentado por la luz estelar y los discos protoplanetarios.
Lejano: De 25 a 350 micrómetros y temperatura de 10 a 140K. Podemos observar emisiones de polvo frío, regiones centrales de las galaxias y nubes moleculares frías.

Tanto para observar la región del infrarrojo medio como lejano es necesario usar telescopios espaciales.

Espectroscopía infrarroja de objetos distantes
Hay dos razones para usar espectroscopia infrarroja para estudiar el universo joven:
– El desplazamiento al rojo de objetos distantes es del ultravioleta y la luz visible hacia el infrarrojo. La espectroscopia infrarroja permite el estudio del universo joven.
– Al altos desplazamientos al rojo, el hidrógeno intergaláctico absorbe la luz visible pero no el infrarrojo.
Por estos dos motivos se usa la espectroscopia infrarrojo en el estudio de las primeras etapas del universo joven. Por ejemplo un quásar a z=5.8, la linea de Lyman-Alfa aparece a 830 nm en lugar de 120 nm.
Impacto en el conocimiento del universo joven
A medida que el universo se expande, en los objetos lejanos, debido al efecto Doppler, el desplazamiento de la longitud de onda va del ultravioleta y luz visible al infrarrojo. Gracias a ello, podemos estudiar objetos con grandes desplazamientos al rojo: Podemos estudiar lejanas y jóvenes galaxias en infrarrojo para entender la formación de estas “ciudades” de estrellas.
El satélite IRAS observo la lejana protogalaxia IRAS 10214+4724 descubriendo que es una enorme nube de hidrógeno. También en 1975, observaciones en infrarrojo lejano permitieron demostrar que el CBR se ajusta a la curva de un cuerpo negro.
Otra característica del universo joven es la cantidad de deuterio presente. Su abundancia es proporcional a la masa total del universo y puede ayudarnos en el futuro a saber si el universo continuará expandiéndose o se contraerá. El satélite ISO descubrió que la cantidad de deuterio podría no ser suficiente para detener el colapso.
Impacto en el conocimiento de la dinámica galáctica
El estudio de la dinámica galáctica permite saber como las galaxias y los cúmulos/supercúmulos de galaxias, las estructuras básicas en el universo, evolucionan. Podemos estudiar en el infrarrojo los siguientes aspectos:
– Polvo y gas interestelar en galaxias: Estas regiones frías son visibles en infrarrojo.
– Núcleos galácticos: En numerosas ocasiones los núcleos son invisibles debido al entorno que lo rodea. Es un camino hacia el estudio de los agujeros negros que existen en ellos.
– Galaxias “starbust”: Gran cantidad de ellas fueron descubiertas por el satélite IRAS. En estas galaxias una gran cantidad de estrellas se están formando continuamente. Debido a la baja temperatura de las protoestrellas, estas galaxias son muy brillantes en infrarrojo y son muy importantes para conocer el proceso de formación de las galaxias.
– Colisiones entre galaxias: Estas colisiones producen la compresión de las nubes de gas y polvo, emitiendo en infrarrojo. Esta colisiones también son importantes en el estudio de la dinámica galáctica.
– Galaxias de “Campo profundo” del Hubble: El HST en 1996 descubrió una gran cantidad de galaxias que emiten principalmente en infrarrojo. Estas galaxias existían cuando el universo sólo tenía un 7% de su edad actual y la formación estelar era muy activa.
Impacto en el conocimiento de la materia oscura bariónica
La existencia de la materia oscura (tanto bariónica como no-bariónica) puede decidir el futuro del universo. Podemos usar las observaciones en infrarrojo para:
– Gas interestelar y polvo: Las observaciones indican que el 90% de la masa de una galaxia podría no ser visible debido a su baja temperatura o porque esta masa esta oculta tras densas regiones de gas interestelar.
– Enanas marrones: Las enanas marrones son estrellas que no iniciaron la fusión nuclear para producir energía.. Sus masas van de 2 veces la de Júpiter a 0,1 veces la masa del Sol. Como son objetos muy fríos, son detectables en el infrarrojo.

[This post participates in Carnival of Space #334, at The Urban Astronomer]

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